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汽车用超高强度弹簧钢的组织与性能研究
| 论文题名： | 汽车用超高强度弹簧钢的组织与性能研究 |
| 关键词： | 弹簧钢;汽车材料;微观组织;高周疲劳;应力松弛;力学性能 |
| 摘要： | 随着化石能源的枯竭，致使汽车行业需要不断地对汽车进行轻量化处理，而提高汽车用钢的强度能有效的减轻钢的重量，从而实现轻量化。而悬架弹簧和气门弹簧是汽车工件中必不可少的组成部分，弹簧在使用过程中受到外加应力或者温度的影响是巨大的。为此本文以研究新一代高强度弹簧钢的组织为基础，来探讨组织对弹簧性能的影响规律。对悬架弹簧钢组织主要使用金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、背散射电子衍射（EBSD）、X-射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等表征方法对弹簧钢的组织进行详细的研究。采用拉伸实验、冲击实验、硬度和电化学实验等实验方法对弹簧钢的力学和耐蚀性进行研究，对弹簧钢的基本性能进行简单的分析。采用高周疲劳实验对弹簧的疲劳性能进行研究，以组织为基础进行分析。对气门弹簧钢除了以上表征方法对组织进行表征，还进行了应力松弛性能的研究。得到结论如下： 悬架弹簧钢的微观组织为回火马氏体和残余奥氏体，组织均匀且细小。增加弹簧钢C含量和V含量使得SiCrV弹簧钢的原奥氏体晶界尺寸减小，从而导致回火马氏体的晶粒尺寸减小。不仅如此，三种弹簧钢组织内部还包含黑白相间的条带状亚结构，其本质为铁素体。其中SiCrV弹簧钢中析出较多的球状碳化物，这主要是因为C和V有较强的亲和力，容易形成第二相颗粒。三种悬架弹簧钢的屈服强度和抗拉强度均很高，这主要归因于其位错强化和沉淀强化效果较好。不仅如此，三种弹簧钢的加工硬化能力都很好，且SiCrV弹簧钢最好，这是因为材料微观组织内部含有较多的残余奥氏体，其在应力的作用下发生相变诱导塑性（TRIP）效应，但过多的残余奥氏体会导致SiCrV弹簧钢的硬度和冲击韧性下降。三种悬架弹簧钢随着强度的上升，疲劳极限逐渐下降，这主要是因为组织残余奥氏体的增多，在应力的作用下发生马氏体相变，而新鲜的马氏体为裂纹萌发提供了便利。此外，为模拟真实服役条件，对弹簧钢外加应力和腐蚀条件然后进行疲劳实验，发现腐蚀造成表面完整度下降，而应力起到加快腐蚀速率的效果，从而导致弹簧钢裂纹萌发时间变短，影响疲劳性能。 气门弹簧钢的微观组织为索氏体、碳化物和少量的贝氏体，随着弹簧钢保温时间的延长，弹簧钢中的碳化物逐渐较少，晶粒尺寸变大，大角度晶界增多。此外，对成品弹簧进行应力松弛实验发现，温度和外加应力是影响弹簧松弛率的决定性因素。随着温度和应力的增大，弹簧的松弛率明显增大，这主要是因为温度和应力越大，弹簧内部的位错相对滑移变得容易。研究表明，减少碳化物、提高条带状亚结构含量可以获得优异的抗松弛性能。 |
| 作者： | 涂天权 |
| 专业： | 材料科学与工程 |
| 导师： | 刘胜林;骆智超 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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